CN101094157B - 利用链路聚合实现网络互连的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用链路聚合实现网络互连的方法，其中，在通讯网络的两端监测本地聚合组端口的状态时，将监测到的状态变化信息分为不同类别，并根据状态变化信息所属的类别进行相关处理，所述方法利用链路聚合控制协议并作了一些改进。通过本发明，可以实现网络通讯链路的有效备份，以及快速的网络设备故障恢复能力。

Description

利用链路聚合实现网络互连的方法

技术领域

本发明涉及通讯设备领域，并且具体地，涉及利用链路聚合实现网络互连的方法。

背景技术

通讯系统要求能够为用户提供可靠的、不间断的服务。对此，一种常用的解决方法是冗余备份和主备倒换技术。冗余备份和主备倒换技术有多种备份模式，例如1+1、1:1、1:N等。

具体的说，1+1备份是一种简单的保护模式，系统中的主/备用单元组成一个逻辑上的业务功能单元，即，被保护设备单元拥有一个备用单元，主用模块负责业务的实时处理，备用业务保持与主用单元的数据一致，在检测到原主用单元故障时发起倒换，由备用单元接管原主用单元的业务。与1+1备份不同，1:1备份中备用单元只在出现故障后开始工作，而1:N备份就是多个设备单元公用一个备用单元，当一个主用单元故障时，备用单元接替其工作。网络故障时为了保证设备的自愈能力，倒换必须在指定的时间内完成，使之尽快恢复业务，把对通讯系统的影响降到最低。

另外，提高网络可靠性的方法还有端口捆绑(PORTTRUNKING)，同时这也是一种低成本的带宽扩展方案。端口捆绑，也称链路聚合(Link Aggregation)，是把多个以太网端口捆绑起来，形成一条逻辑上的数据链路，从而提高带宽并互为备份，提高了系统的可靠性。该方法被广泛地应用于网络交换机、路由器、宽带接入服务器等网络设备的互连。

链路聚合技术亦称为主干技术(Trunking)或捆绑技术(Bonding)，其实质是将两台设备间的数条物理链路“组合”成一条逻辑链路。目前链路聚合技术的标准为由IEEE802委员会制定的IEEE standard 802.3ad。链路聚合控制协议(LACP，Link AggregationControl Protocol)是IEEE 802.3ad标准的主要内容之一，定义了一种标准的聚合控制方式。聚合的双方设备通过协议交互聚合信息，根据双方的参数和状态，自动将匹配的链路聚合在一起收发数据。聚合形成后，交换设备维护聚合链路状态，当双方配置变化时，自动调整或解散聚合链路。

协议依据的是传送的信息和状态，而不是传送的命令。LACPDU(或LACPDUs)由第一方，即发起方(Actor)把其知道的信息(包括自身的状态和伙伴的状态)传送往第二方，即发起方的伙伴(Partner)。LACPDU传送的信息足以让伙伴方决定下一步的行为。

LACP中是否为主动(Active)或被动(Passive)参与由LACP_Activity属性决定，该管理属性和每个端口相对应。取值为Passive LACP时表明端口不发送LACPDU，除非伙伴方取值ActiveLACP。取值为Active LACP时表明端口会参与该协议而不管伙伴方的取值。

只要任何一方的LACP_Activity取值为Active LACP，都会导致周期性的发送LACPDU。这些周期性的发送是以慢或快的速率进行，主要取决于伙伴方的LACP_Timeout取值。

除了周期性的发送LACPDU，当需要传送时(Need To Transmit，abbr.NTT)，协议发送LACPDU。比如，发起方的状态变化时，或者从伙伴方的LACPDU可以明显看出其不知道发起方目前的状态时。

协议假设LACPDU的丢失率非常低，LACP没有采用任何明确的帧丢失检测/重发机制。但是如果从伙伴方传来的信息表明其没有发起方的即时信息，或者周期性发送时间到，则发起方将会发送一个LACPDU来帮助伙伴更新信息。

LACPDU的结构如图1所示，其中Actor_State(本端状态)和Partner_State(被动端状态)位结构如图2所示。

协议的运行由几个状态机控制，每个状态机执行不同的功能。这些状态机在是基于端口运行的，像定时器超时或者收到LACPDU的事件会导致状态的迁移以及动作的发生，这些动作包括发送包含重复或者更新信息的LACPDU。周期性发送以及事件驱动的发送是由NTT变量的状态控制的。

状态机包括以下几种类型：

Receive machine(接收状态机)

该状态机从伙伴方接收LACPDU，记录下所包含的信息，然后根据LACP_Timeout设定的短定时器或长定时器进行计时。状态机根据从伙伴方接收到的信息，判断发起方和伙伴方交换的协议信息的一致性是否已经达到可以将端口和其他端口聚合或是作为单个端口的程度。如果不能，状态机将NTT设置为真，从而向伙伴方发送新协议信息。如果等待伙伴方的协议信息超时，则接收状态机将使用默认参数填入。

Periodic Transmission machine(周期发送状态机)

该状态机决定是否周期性地在发起方和接收方之间交换用于维持聚合的LACPDU。发送周期性LACPDU的前提是至少有一方被设置成Active LACP。

Selection Logic(选择逻辑状态机)

该状态机负责为端口选择相应的聚合体。

Mux machine(Mux状态机)

该状态机负责将某个端口绑定于选定的聚合体，或者把端口从聚合体拆离。同时还负责根据当前的协议信息需要，把该端口的接收或发送功能使能或关闭。

Transmit machine(发送状态机)

该状态机负责根据其他状态或周期性状态机的需要来发送LACPDU。

图3说明了各个状态机之间的关系以及它们之间的消息流向。其中，箭头标注“对端状态信息(Partner State Information)”代表更新的伙伴方信息，该信息可能来自接收到的LACPDU或自身的默认设定值，该信息由Receive machine发往其他状态机。箭头标注“本端状态信息(Actor State Information)”代表更新的发起方消息，导致该LACPDU的发送的原因有可能是Periodic Transmission machine周期到，或者是发起方状态发生变化，需要通知伙伴方。

现在参照图4对链路聚合的保护功能进行说明。如图4所示，当端口1和端口2聚合时，现有技术利用LACP协议实现保护的过程如下：

1、正常运行：两个端口已经聚合，运行LACP协议，周期性地互相发送LACP协议报文，发送周期一般为1秒。端口1和端口2为负荷分担的一组工作端口，具体保留的物理出端口(端口1或端口2)由硬件按照MAC层选定的hash(哈希)算法决定。

2、故障发生：设备A、B的端口2都发生故障，如连接的物理线路双向断纤。

3、设备A、B的端口2无法再接收对端的报文，当三个发送周期无法接收到对端报文时，设备A、B认为此端口出现故障。

4、设备A、B重新设置端口的聚合状态，端口2不再为工作端口，不承载业务，端口1为工作端口，至此，所有两端设备发送的报文都会被发送到端口1上，保护完成。还有一种情况是单个方向上发生故障，例如单向断纤，例如设备A的端口2到设备B的端口2的光纤断纤。在这种情况下，设备A的端口2还可以接收到设备B的LACP协议报文。设备B在三个发送周期没有收到报文后，则认为此端口故障，停止向设备A发送LACP协议报文。再过三个发送周期，设备A发现此端口故障。利用链路聚合进行保护时，两端设备对端口状态的更改必须一致。如果两端设备对工作端口的设置不一致，比如A设置端口1为工作端口，B设置端口2为工作端口，则业务报文的发送不能正常进行，业务报文就会被丢弃，保护失败。因此，保护的方式必须由两端设备共同完成动作才能切换；如果任何一端设备未完成保护动作，则保护不能成功。所以，在上述情况下，只有A发现端口2发生故障后才能完成保护。

对上面的过程进行分析：采用IEEE 802.3ad标准定义的LACP协议进行链路聚合保护时，从第2步发生故障到第4步保护完成所需要的时间为网络的故障恢复时间；理论上，该时间最少为3秒，单向断纤的保护时间为6秒。然而，随着各种网络应用对网络可用性要求的提高，要求网络的故障恢复时间越来越短。特别是语音业务的传送，恢复时间大于50ms就可能导致应用方面的问题，因此仅采用标准定义的LACP协议进行保护不能满足发展的业务应用需求。

综上，LACP协议的缺点在于：采用超时机制检测故障，非常耗时；没有故障信息通告机制，当本端发生错误时无法通知对端。

发明内容

考虑到现有技术中存在的上述问题而提出本发明，为此，本发明旨在提供一种利用链路聚合实现网络互连的方法。

在该方法中，在通讯网络的两端监测本地聚合组端口的状态时，将监测到的状态变化信息分为不同类别，并根据状态变化信息所属的类别进行相关处理。

具体地，状态变化信息的类别包括：立即更新类、立即同步类、延迟同步类。当状态变化信息为立即更新类时，相关处理包括：更新本地端口状态信息，修改本地聚合信息，启动协议发送状态机。当状态变化信息为立即同步类时，相关处理包括：更新本地端口状态信息，启动协议发送状态机，等待对端应答后再修改聚合信息。当状态变化信息为延迟同步类时，相关处理包括：更新本地端口状态信息，通过链路聚合控制协议即LACP周期性发送状态机触发和对端的信息同步。

另外，在该方法中，在启动链路聚合控制协议发送状态机时，在链路聚合控制协议数据单元即LACPDU中的保留(Reserve)字段携带以下私有标志中的至少之一：本交换节点同一聚合组中其他端口的聚合状态信息标志、主动发送/应答标志、本节点聚合端口状态是否变化标志。

该方法具体可以包括如下操作：按交换节点分配聚合组ID以及每个聚合组对应的参与聚合的端口ID；运行LACP协议状态机维护聚合链路信息；启动定时器触发监测聚合状态，并接收中断上报的端口状态信息；对监测到的状态变化信息分为不同类别，并根据状态变化信息所属的类别进行相关处理；本端接收到LACPDU后，首先判断本端是否处于静态聚合方式，如果判断结果为是，则转换为动态聚合方式，并判断LACPDU中是否存在私有标志，如果判断结果为否，则直接判断LACPDU中是否存在私有标志；根据对LACPDU中是否存在私有标志的判断结果进行后续操作。

其中，当判断LACPDU中不存在私有标志时，表示对端发送的是标准LACP协议报文，按标准LACP协议规则进行后续操作。

当判断LACPDU中存在私有标志时，表示对端发送的是内部协议包，并提取私有标志，根据私有标志判断是否需要更新本地端口状态信息、是否需要应答处理结果给对端。当私有标志标识对端状态有变化时，提取报文中的接收端口信息和组内其他端口信息，与本地维护的端口状态信息进行比较，更新本地端口状态信息，并根据更新后的端口状态信息修改聚合信息。当私有标志标识需要应答处理结果时，应答处理结果给对端。

在上述方法中，当定时器到时或有端口状态变化中断上报时，重新启动定时器触发监测聚合状态，并接收中断上报的端口状态信息。

该方法可以进一步包括以下处理：将端口超时定时器清零；当端口超时定时器到达时，判断同一聚合组内其他端口是否也处于超时状态，如果是，则转为静态聚合方式，根据本端物理端口状态决定是否加入聚合组(Trunk)，如果否，则将本端口从聚合组中选出。

另外，在上述方法中，交换节点为支持链路聚合的物理交换网板或采用负荷分担工作的两个物理交换网板，采用负荷分担工作的两个物理交换网板采用支持堆叠技术的交换芯片，且芯片之间需要级联。

本发明提供的方案基本上遵循现有标准、通用行高，可以和运行LACP的通用交换机之间以Trunk方式对接，易于实现。其实现了以下有益效果：(1)网络通讯链路有效备份，上连口可以分配更多的带宽；(2)网络设备故障恢复能力快，采用LINK中断响应、即时消息交互等手段，可以快速检测链路的故障情况；(3)区分故障等级，及时恢复链路通讯能力，同时避免频繁处理协议报文，最大限度提升了产品性能；(4)对连接方法没有限制，网络两端只要逻辑上是一个交换网板，物理上可以是两个堆叠在一起的交换单板或者通用交换机；(5)聚合链路管理方法兼容标准协议规范，性能得到提高。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据现有技术的LACPDU结构示意图；

图2是根据现有技术的LACPDU中端口状态信息位结构示意图；

图3是根据现有技术的LACP协议中各状态机关系及消息流向图；

图4是根据现有技术的在两个设备上配置的两个端口链路聚合示意图；

图5是根据本发明实施例的组网示意图；

图6是根据本发明实施例的利用链路聚合实现网络互连的方法的流程图；以及

图7是根据本发明实施例的利用链路聚合实现网络互连的方法的详细处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，提供了一种利用链路聚合实现网络互连的方法，其能够在利用链路聚合实施保护的应用中发生故障时，实施快速保护。该方法在标准LACP协议基础上改进，既能满足和支持标准LACP协议的交换设备对接，又能克服标准LACP协议的缺陷，进一步提高聚合性能。

首先，在根据本发明实施例的方法中，如图5所示，通讯网络两端的设备可以是支持链路聚合的一个物理交换网板，也可以是采用负荷分担工作的两个物理交换网板。如果是采用负荷分担方式的两个物理交换网板，则两个网板需要采用支持堆叠技术(目前高端的以太网交换芯片都支持)的交换芯片，芯片之间需要级联，逻辑上看成一个交换网板。无论那种情况，两端逻辑上都可看作是一个交换节点。

基于此，在该方法中，在通讯网络的两端监测本地聚合组端口的状态时，将监测到的状态变化信息分为不同类别，并根据状态变化信息所属的类别进行相关处理。

具体地，状态变化信息的类别可以包括：立即更新类、立即同步类、延迟同步类。当状态变化信息为立即更新类时，相关处理包括：更新本地端口状态信息，修改本地聚合信息，启动协议发送状态机。当状态变化信息为立即同步类时，相关处理包括：更新本地端口状态信息，启动协议发送状态机，等待对端应答后再修改聚合信息。当状态变化信息为延迟同步类时，相关处理包括：更新本地端口状态信息，通过链路聚合控制协议即LACP周期性发送状态机触发和对端的信息同步。这样，在本发明中，发送检测报文一般可以由以下几种条件触发：LACP周期性发送状态机，上述处理中触发的实时发送。

实际中的故障通常是聚合组中一部分端口异常不能交互报文，另一部分端口能正常交互报文，如附图1中交换设备A、B的端口2异常而端口1工作正常的情况，而LACP协议规定的是基于端口交互聚合信息LACPDU，不能实时进行故障通告。因此，在启动LACP协议发送状态机时，本发明利用LACPDU中Reserve字段携带标志信息。

携带的标志信息可以包括以下至少之一：本交换节点同一聚合组中其他端口的聚合状态信息、主动发送/应答标志(如果发送标志为真，则对段接收到LACPDU后需要应答)、本节点聚合端口状态是否变化标志，以便及时通知对端更新聚合组信息。经过通讯网络聚合链路的报文分为业务报文和LACP协议报文。协议报文格式符合LACP协议帧格式，携带网络两端的链路状态信息，直接送到单板管理交换芯片的处理器；经过网络链路传递的业务报文，由交换芯片根据聚合端口分发规则交换至对端设备。

标准LACP流程端口聚合信息更新中规定等待超时定时器预防可能出现的误更新，这样，本发明通过改进LACPDU报文发送/应答机制，保证未经过等待超时定时器更新端口的快速性和正确性。

另外，LACP规定的是动态聚合方式，即，交换双方都运行协议时才可以成功建立连接通讯，而在通讯设备应用中，指定的聚合组可能不再用于设备互联，而只用其中一个物理端口同不支持聚合的设备如PC机连接。本发明实施例中增加静态聚合方式支持不改动配置的情况下改变聚合组用途，即，如果同一聚合组内所有端口在端口超时周期内都不能交互协议报文，则不运行协议状态机，不必通过链路双方交互协议报文，仅根据本地物理端口状态信息配置聚合端口，如果其中一个或多个物理端口能够进行协议报文交互，则重新启动协议状态机维护聚合双方链路信息。

以下将进一步结合附图描述本发明。

如图6所示，该方法具体可以包括如下操作：

步骤S602，按交换节点分配聚合组ID以及每个聚合组对应的参与聚合的端口ID；

步骤S604，聚合双方运行LACP协议状态机维护聚合链路信息；

步骤S606，启动定时器T1(例如，设置为200ms)，触发监测聚合状态，并接收中断上报的端口状态信息(如端口up/down中断，中断信息同样如上文所述进行分类，如端口up中断归为立即交互类，更新本地端口状态信息表，启动立即交互协议报文流程，对于端口down中断归为立即同步类，不仅需要更新本地端口状态信息表、启动立即交互协议报文流程，还需要更新本地聚合组状态信息)；

步骤S608，对监测到的状态变化信息按照优先级分为不同类别，并根据状态变化信息所属的类别进行相关处理；具体地，立即更新类：及时更新本地端口状态信息表，修改聚合信息表，按LACPDU格式分装并在Reserve字段填充私有新标志信息发送给对端同步，立即同步类，及时更新本地端口状态信息表，按LACPDU格式分装并在Reserve字段(保留字段)填充私有标志信息发送给对端同步，本地等待对端应答后再修正聚合信息；延迟同步类：只更新本地端口状态信息表，和对端的信息同步由LACP周期性发送状态机触发；(T1定时器到或有端口状态变化中断上报时，返回至步骤S606)

步骤S610，本端接收到LACPDU后，首先判断本端是否处于静态聚合方式，如果判断结果为是，则转换为动态聚合方式，并判断LACPDU中是否存在私有标志，如果判断结果为否，则直接判断LACPDU中是否存在私有标志；根据对LACPDU中是否存在私有标志的判断结果进行后续操作。

其中，当判断LACPDU中不存在私有标志时，表示对端发送的是标准LACP协议报文，按标准LACP协议规则进行后续操作。

当判断LACPDU中存在私有标志时，表示对端发送的是内部协议包，并提取私有标志，根据私有标志判断是否需要更新本地端口状态信息、是否需要应答处理结果给对端。当私有标志标识对端状态有变化时，提取报文中的接收端口信息和组内其他端口信息，与本地维护的端口状态信息进行比较，更新本地端口状态信息，并根据更新后的端口状态信息修改聚合信息。当私有标志(例如，主动发送/应答标志)标识需要应答处理结果时，应答处理结果给对端。(具体操作在图7中示出)

优选地，如图7所示，该方法可以进一步包括以下处理：将LACP端口超时定时器清零；当LACP端口超时定时器到达时，判断同一聚合组内其他端口是否也处于超时状态，如果是，则转为静态聚合方式，根据本端物理端口状态决定是否加入Trunk(聚合组)，如果否，则将本端口从聚合组中选出。例如，如果本地同一聚合组内全部端口在LACP协议超时定时器30s内都不能和对端交互协议报文，则停止运行协议状态机，采用静态聚合方式维护聚合信息，即如果本地端口up就加入聚合组中，端口down时就从聚合组中剔除。

如上所述，本发明提供的方案基本上遵循现有标准、通用性高，可以和运行LACP的通用交换机之间以Trunk方式对接，易于实现，并具有网络通讯链路有效备份、网络设备故障恢复能力快等优势。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种利用链路聚合实现网络互连的方法，其特征在于，在通讯网络的两端监测本地聚合组端口的状态时，将监测到的状态变化信息分为不同类别，并根据状态变化信息所属的类别进行相关处理，当所述状态变化信息为立即更新类时，所述相关处理包括：更新本地端口状态信息，修改本地聚合信息，启动协议发送状态机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述状态变化信息为立即同步类时，所述相关处理包括：更新本地端口状态信息，启动协议发送状态机，等待对端应答后再修改聚合信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述状态变化信息为延迟同步类时，所述相关处理包括：更新本地端口状态信息，通过链路聚合控制协议即LACP周期性发送状态机触发和对端的信息同步。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在启动链路聚合控制协议发送状态机时，在链路聚合控制协议数据单元即LACPDU中的保留字段携带以下私有标志中的至少之一：本交换节点同一聚合组中其他端口的聚合状态信息标志、主动发送/应答标志、本节点聚合端口状态是否变化标志。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，具体包括如下操作：

按交换节点分配聚合组ID以及每个聚合组对应的参与聚合的端口ID；

运行LACP协议状态机维护聚合链路信息；

启动定时器触发监测聚合状态，并接收中断上报的端口状态信息；

对监测到的状态变化信息分为不同类别，并根据状态变化信息所属的类别进行所述相关处理；

本端接收到LACPDU后，首先判断本端是否处于静态聚合方式，如果判断结果为是，则转换为动态聚合方式，并判断所述LACPDU中是否存在所述私有标志，如果判断结果为否，则直接判断所述LACPDU中是否存在所述私有标志；

根据对所述LACPDU中是否存在所述私有标志的判断结果进行后续操作。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当判断所述LACPDU中不存在所述私有标志时，表示对端发送的是标准LACP协议报文，按标准LACP协议规则进行后续操作。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当判断所述LACPDU中存在所述私有标志时，表示对端发送的是内部协议包，并提取所述私有标志，根据所述私有标志判断是否需要更新本地端口状态信息、是否需要应答处理结果给对端。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述私有标志标识对端状态有变化时，提取报文中的接收端口信息和组内其他端口信息，与本地维护的端口状态信息进行比较，更新本地端口状态信息，并根据更新后的端口状态信息修改聚合信息。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述私有标志标识需要应答处理结果时，应答处理结果给对端。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当定时器到时或有端口状态变化中断上报时，重新启动定时器触发监测聚合状态，并接收中断上报的端口状态信息。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：

将端口超时定时器清零；

当端口超时定时器到达时，判断同一聚合组内其他端口是否也处于超时状态，如果是，则转为静态聚合方式，根据本端物理端口状态决定是否加入聚合组，如果否，则将本端口从聚合组中选出。

12.根据权利要求5至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述交换节点为支持链路聚合的物理交换网板或采用负荷分担工作的两个物理交换网板，所述采用负荷分担工作的两个物理交换网板采用支持堆叠技术的交换芯片，且芯片之间需要级联。

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